Студија на случај на примена на сензори за растворен кислород во прецизна аерација

I. Позадина на проектот: Предизвиците и можностите на индонезиската аквакултура

Индонезија е втор најголем производител на аквакултура во светот, а индустријата е клучен столб на нејзината национална економија и безбедност на храната. Сепак, традиционалните методи на земјоделство, особено интензивното земјоделство, се соочуваат со значителни предизвици:

• Ризик од хипоксија: Во езерцата со голема густина, дишењето на рибите и распаѓањето на органската материја трошат големи количини кислород. Недоволниот растворен кислород (DO) доведува до забавен раст на рибите, намален апетит, зголемен стрес и може да предизвика задушување и смртност во големи размери, што резултира со катастрофални економски загуби за земјоделците.
• Високи трошоци за енергија: Традиционалните аератори често се напојуваат со дизел генератори или електрична мрежа и бараат рачно работење. За да се избегне ноќна хипоксија, земјоделците често ги користат аераторите континуирано подолги периоди, што доведува до огромна потрошувачка на електрична енергија или дизел и многу високи оперативни трошоци.
• Екстензивно управување: Ослонувањето на рачно искуство за проценка на нивоата на кислород во водата - како што е набљудувањето дали рибите „се задишуваат“ на површината - е многу неточно. Додека се забележи задишување, рибите веќе се сериозно стресирани, а започнувањето со аерација во овој момент често е предоцна.

За да се решат овие проблеми, во Индонезија се промовираат интелигентни системи за следење на квалитетот на водата базирани на технологијата Интернет на нештата (IoT), при што сензорот за растворен кислород игра клучна улога.

II. Детална студија на случај за примена на технологија

Локација: Средни до големи фарми за тилапија или ракчиња во крајбрежните и внатрешните области на островите надвор од Јава (на пр., Суматра, Калимантан).

Техничко решение: Распоредување на интелигентни системи за следење на квалитетот на водата интегрирани со сензори за растворен кислород.

1. Сензор за растворен кислород – „сензорниот орган“ на системот

• Технологија и функција: Користи сензори базирани на оптичка флуоресценција. Принципот вклучува слој од флуоресцентна боја на врвот на сензорот. Кога е возбудена од светлина со одредена бранова должина, бојата флуоресцира. Концентрацијата на растворен кислород во водата го гаси (намалува) интензитетот и времетраењето на оваа флуоресценција. Со мерење на оваа промена, концентрацијата на DO се пресметува прецизно.
• Предности (во однос на традиционалните електрохемиски сензори):
  • Без одржување: Нема потреба од замена на електролити или мембрани; интервалите за калибрација се долги, што бара минимално одржување.
  • Висока отпорност на пречки: Помалку подложна на пречки од проток на вода, водород сулфид и други хемикалии, што го прави идеален за сложени средини на езерца.
  • Висока точност и брз одговор: Обезбедува континуирани, точни податоци за DO во реално време.

2. Системска интеграција и работен тек

• Собирање податоци: Сензорот DO е трајно инсталиран на критична длабочина во езерцето (често во областа најоддалечена од аераторот или во средниот слој на вода, каде што DO е обично најнизок), следејќи ги вредностите на DO 24/7.
• Пренос на податоци: Сензорот испраќа податоци преку кабел или безжично (на пр., LoRaWAN, мобилна мрежа) до логер/портал на податоци на сончева енергија на работ на езерцето.
• Анализа на податоци и интелигентна контрола: Гејтвејот содржи контролер претходно програмиран со горни и долни прагови на DO (на пр., започнете со аерација на 4 mg/L, запрете на 6 mg/L).
• Автоматско извршување: Кога податоците за DO во реално време ќе паднат под зададената долна граница, контролерот автоматски го активира аераторот. Го исклучува аераторот откако DO ќе се врати на безбедно горно ниво. Целиот процес не бара рачна интервенција.
• Далечинско следење: Сите податоци се прикачуваат истовремено на облак платформа. Земјоделците можат далечински да го следат статусот на DO и историските трендови на секое езерце во реално време преку мобилна апликација или компјутерска контролна табла и да добиваат SMS известувања за услови на ниско ниво на кислород.

III. Резултати од апликацијата и вредност

Усвојувањето на оваа технологија донесе револуционерни промени кај индонезиските земјоделци:

1. Значително намалена смртност, зголемен принос и квалитет:
   • Прецизниот мониторинг 24/7 целосно ги спречува хипоксичните настани предизвикани од ноќните часови или ненадејните промени на времето (на пр., топли, мирни попладневни часови), драстично намалувајќи ја смртноста на рибите.
   • Стабилната DO средина го намалува стресот кај рибите, го подобрува коефициентот на конверзија на храна (FCR), промовира побрз и поздрав раст и на крајот го зголемува приносот и квалитетот на производот.
2. Значителни заштеди на енергија и оперативни трошоци:
   • Го префрла работењето од „24/7 аерација“ на „аерација по потреба“, намалувајќи го времето на работа на аераторот за 50%-70%.
   • Ова директно води до нагло намалување на трошоците за електрична енергија или дизел, значително намалување на вкупните трошоци за производство и подобрување на повратот на инвестицијата (ROI).
3. Овозможува прецизно и интелигентно управување:
   • Земјоделците се ослободени од макотрпната и неточна задача на постојани проверки на езерцата, особено во текот на ноќта.
   • Одлуките засновани на податоци овозможуваат понаучно закажување на хранењето, лековите и размената на вода, овозможувајќи модерна транзиција од „земјоделство базирано на искуство“ кон „земјоделство засновано на податоци“.
4. Зголемена способност за управување со ризици:
   • Мобилните известувања им овозможуваат на земјоделците веднаш да бидат свесни за абнормалностите и да реагираат од далечина, дури и кога не се на лице место, значително подобрувајќи ја нивната способност за управување со ненадејни ризици.

IV. Предизвици и идни перспективи

• Предизвици:
  • Почетна инвестициска цена: Претходната цена на сензорите и системите за автоматизација останува значајна пречка за малите, индивидуални земјоделци.
  • Техничка обука и усвојување: Неопходна е обука на традиционалните земјоделци за промена на старите практики и за учење како да ја користат и одржуваат опремата.
  • Инфраструктура: Стабилното снабдување со електрична енергија и мрежната покриеност на оддалечените острови се предуслови за стабилно функционирање на системот.
• Идни перспективи:
  • Се очекува трошоците за опрема да продолжат да опаѓаат како што созрева технологијата и се постигнуваат економии на обем.
  • Владините и невладините организации (НВО) со субвенции и промотивни програми ќе го забрзаат усвојувањето на оваа технологија.
  • Идните системи ќе интегрираат не само DO, туку и pH, температура, амонијак, заматеност и други сензори, создавајќи сеопфатен „Подводен IoT“ за езерца. Алгоритмите за вештачка интелигенција ќе овозможат целосно автоматизирано, интелигентно управување со целиот процес на аквакултура.

Заклучок

Примената на сензори за растворен кислород во индонезиската аквакултура е многу репрезентативна приказна за успех. Преку прецизно следење на податоците и интелигентна контрола, таа ефикасно се справува со основните проблеми во индустријата: ризик од хипоксија и високи трошоци за енергија. Оваа технологија претставува не само надградба на алатките, туку и револуција во филозофијата на земјоделството, водејќи ја индонезиската и глобалната аквакултурна индустрија кон поефикасна, одржлива и интелигентна иднина.